JP4837228B2 - Method and apparatus for rapidly measuring fat content - Google Patents
Method and apparatus for rapidly measuring fat content Download PDFInfo
- Publication number
- JP4837228B2 JP4837228B2 JP2002506072A JP2002506072A JP4837228B2 JP 4837228 B2 JP4837228 B2 JP 4837228B2 JP 2002506072 A JP2002506072 A JP 2002506072A JP 2002506072 A JP2002506072 A JP 2002506072A JP 4837228 B2 JP4837228 B2 JP 4837228B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- nmr
- fat
- pad
- sample pad
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/02—Food
- G01N33/04—Dairy products
- G01N33/06—Determining fat content, e.g. by butyrometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
- G01N5/04—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by removing a component, e.g. by evaporation, and weighing the remainder
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
- G01N24/081—Making measurements of geologic samples, e.g. measurements of moisture, pH, porosity, permeability, tortuosity or viscosity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
- G01N24/085—Analysis of materials for the purpose of controlling industrial production systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/24—Nuclear magnetic resonance, electron spin resonance or other spin effects or mass spectrometry
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
- Y10T436/2525—Stabilizing or preserving
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Edible Oils And Fats (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Fats And Perfumes (AREA)
Abstract
Description
【0001】
発明の分野
本発明は、マイクロ波アシスト核磁気共鳴(NMR)を用いた化学分析に関する。詳しくは、本発明は、NMR及びマイクロ波放射線を用いて、サンプルの水分並びに、脂肪及び油の含量を測定することに関する。
【0002】
発明の背景
本発明は、その材料の水分及び脂肪(及び油)の含量を知っておくと都合が良い食品又は他の材料の化学分析に関する。例えば、ホットドッグ及びチーズのような加工食品の商業生産では、脂肪及び油の含量を厳密に管理する必要がある。製造プロセス中に脂肪及び油の含量が変化すると、製品の品質に有害であり、生産経済性に悪影響を及ぼすことがある。より積極的な観点から、サンプルの脂肪含量は、質感、耐熱性、口あたり、及びフレーバ・リリースといった食品に関する有用な情報も提供する。更に、多くの食品は、食品が含有している脂肪及び油に関する様々な法定及び規定の標識と含量の要件が課せられている。脂肪及び油の含量についての情報は、種々の食品加工技術を管理するのに有益又は必要である場合が多い。
【0003】
脂肪と油との間には殆ど化学的違いはなく、主たる違いは、脂肪は室温で固体であり、油は液体であるということであって、これは当業者には既知である。従って、「脂肪」及び「油」という用語は、本明細書中では区別なく用いることができる。
【0004】
食品の水分及び脂肪含量を測定するための従来の方法としては、大規模な乾燥及び溶媒をベースとする化学的抽出が挙げられる。これらの従来の方法は時間がかかる。最も広範に用いられている試験法に固有のタイムラグによって、製造プロセスを最適な効率で運転することができない。更に、多くの方法は、費用がかかり、危険な場合が多く、廃棄問題を提起する溶媒を必要とする。従って、科学者は、サンプル中の脂肪及び油の含量を測定するための代わりの手段を求めてきた。
【0005】
1960年代後半の科学者は、食品の脂肪及び油の含量を測定する代わりの手段としてNMRを用いることを提案した。NMR分析は、本質的には、ある種の原子の核が静磁場に配置され、次いで、第二振動電磁場に暴露されるときに起こる現象を測定する分光法である。ごく簡単に言えば、NMR分析中、物質を、元素のある種の同位体の原子核の「スピン」に影響を与える電場中に配置する。核は、磁場に応答して特定の方向に配向する。第二無線周波数(RF)磁場(例えば、電波)を核に通す場合、RF場が特定の周波数に達すると、核中のプロトンは、再配向又は「フリップ」する。RF場を消失させると、核は、物質の分子構造に関するデータを提供するエネルギーを放出しながら「フリップ」バックする。核のこの往復配向は共鳴として知られている。
【0006】
NMR共鳴は、異なる材料に関して異なる周波数で起こる。液体では、NMR共鳴のための周波数帯は比較的狭い。固体では、その周波数帯は広い。NMR共鳴におけるこの違いにより、サンプルの固体成分のプロトンと、液体成分のプロトンとを区別することができる。この様式により、サンプルにおける液体及び固体の割合を決定できる。
【0007】
「パルス」NMRと呼ばれるNMRの別のタイプでは、サンプルは、サンプル中に存在するプロトン核磁気モーメントを磁化する(フリップする)無線周波数(RF)エネルギーのパルスに暴露される。そのパルスの後、プロトンは初期状態に戻る(緩和)が、プロトンの化学的環境、すなわちサンプルの組成を反映する特徴的な時間(緩和時間)をかけて戻る。パルスNMRに関する代表的な(限定するものではないが)考察は、公開された英国特許出願GB2261072Aに記載されている。
【0008】
更に、適当な環境下で、NMRは、液体と固体を区別するだけではなく、化学化合物も区別できる。理論的には、理論的な環境下では、すべてのプロトンは、同じ周波数で共鳴するか、又は同じ時間で緩和すべきである。しかしながら、周囲に存在する電子によって所与のプロトンに作用している磁場が遮蔽されるので、プロトン周囲の電子密度に依存して、各プロトンは、わずかに異なる周波数で共鳴するか、又は異なる時間をかけて緩和する。その結果として、異なる化合物(及び化合物中の異なる官能基)は、異なる共鳴周波数及び異なる緩和時間を有する。これらの違いは、典型的には、用いられるNMRのタイプに依存し、共鳴周波数又は緩和時間をプロットしているスペクトルに描かれたピークとして表される。
【0009】
上記したように、NMRは、サンプルの成分を定量的に測定するための溶媒抽出の代替として有望である。しかしながら、そのような目的でNMRを効率的に用いることは難しいことが分かっている。この難しさは、食品サンプルの脂肪及び油含量を測定する際に特に顕著である。
【0010】
例えば、NMR共鳴は、液体に関しては狭いバンドで起こり、この狭いNMR共鳴の領域を用いて、液体は固体から容易に区別される。従来の脂肪及び油の分析は、NMR分析の前に、サンプル中のすべての脂肪及び油を溶かすことによって、これを利用している。多くの食品は含水量が比較的多いので、また含水量が多いと、通常はNMR分析が実行できなくなるので、食品サンプルは、典型的には、NMR分析前に、完全に乾燥させなければならない。
【0011】
サンプルを乾燥後、通常は、サンプル中に存在しているすべての脂肪及び油が融解し、更に、サンプル中に残っている液体が脂肪のみであると考えられるまで、サンプルを加熱する。脂肪及び油を融解させることは、脂肪及び油の一部がサンプルからこぼれ出ることも意味している。結果として、サンプルをオーブンから取り出し、NMR分析の準備をするとき、サンプルはもはや元のサンプルが含んでいたのと同じ量の脂肪及び油を含んでいない。更なる短所としては、非常に高温な熱対流オーブン又は従来の電子レンジといった積極的な加熱手法を用いてサンプルの乾燥を速めると、サンプルの化学構造が変化し(例えば、肉を料理する)、NMRの結果が変わり、分析の正確さが低下するか、あるいはそれどころか不正確さが増す可能性がある。
【0012】
従来の乾燥手法と関連のある問題を防止するために提案された1つの方法は、NMR分析を行う前に、サンプルから水を化学的に除去する方法である。英国特許出願GB2,261,072号は、炭化カルシウム又は酸化カルシウムといった乾燥剤を添加することによって、サンプルから水を化学的に除去することを提案している。しかしながら、これらの乾燥剤の添加は、予期される含水量に基づいていなければならない。従って、乾燥剤を添加する際には誤操作は不可避である。そのような誤操作はサンプルの重量に影響を与え、おそらくは、それにより、脂肪及び油含量に関するNMR分析(水分がサンプル中に残留している場合)の結果は不正確なものとなる。
【0013】
簡単に言えば、脂肪及び油含量を測定するための現在の方法は、高度の統計的な不確かさを有するか、又は連続製造プロセスには適していない。従って、既知の方法に固有の不正確さを有していない、サンプルの脂肪及び油含量を測定するための方法及び装置に関する必要性が存在している。おそらく、この新規な方法及び装置は、サンプルの油脂含量を迅速且つ正確に測定することによって、より効率的な総合的製造プロセスを提供する。
【0014】
発明の目的及び要旨
従って、脂肪及び油含量のNMR測定を妨げると考えられる量で水分も含有するサンプルの含水量並びに、脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定するための方法及び装置を提供することが、本発明の目的である。
【0015】
本発明は、脂肪及び油含量のNMR測定を妨げると考えられる量で水分も含有するサンプルの脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定する方法によって、上記目的を達成する。本発明の方法は、サンプルを計量し、そしてそのサンプルをマイクロ波周波数の電磁放射線に暴露することによって乾燥することを含む。サンプルを支持しているパッドと共にサンプルを完全に乾燥させた後、そのサンプルをNMR分析器に移す。NMR分析器は、脂肪及び油と関連のあるサンプルにおけるプロトンの応答を同定する。サンプルのNMR応答を、既知の脂肪及び油含量を有する類似のサンプルのNMR応答と比較する。この比較を、乾燥工程前、乾燥工程中及び乾燥工程後に集められた重量データの分析と関連させることによって、サンプル中の脂肪及び油含量を定量的な測定が達成される。
【0016】
また、本発明は、脂肪及び油含量のNMR測定を妨げると考えられる量で水分も含有するサンプルの脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定するための装置を用いて、上記目的を達成する。本発明による装置は、脂肪及び油を含有するサンプルを受容するためのサンプルパッドと、サンプルを乾燥させるためのマイクロ波線源とを含む。マイクロ波線源は、サンプル及びサンプルパッドを受容するためのキャビティへとマイクロ波が伝わるようになっている。サンプルの乾燥前、乾燥中及び乾燥後にサンプル及びサンプルパッドを計量するための天秤が、キャビティ内に、少なくとも天秤の皿と共に存在している。更に、本装置は、サンプルの諸成分のNMR応答を測定するためのNMR分析器を含む。好ましい態様では、NMR分析器及びマイクロ波装置は、互いに十分に近接して位置しており、マイクロ波キャビティからNMR分析器へとサンプルを移す間に、サンプルが有意に温度低下するのを防止する。
【0017】
本発明の上記及び他の目的と利点、並びに同じものが達成される様式は、以下の添付の図面と関連して成される具体的な説明に基づいてより明確になる。
【0018】
具体的な説明
本発明は、脂肪及び油含量のNMR測定を妨げると考えられる量で水分も含有するサンプルの脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定するための方法及び装置である。本発明の理解を助けるために、NMRの背景理論を簡単に再検討することは有益である。読み手の啓発のためNMRの古典的な電磁気理論を示す。しかしながら、当業者であれば、量子力学理論のようなNMRの他の理論も適用できることは理解できる。しかし、これらの理論に関する詳細な考察は本発明の好ましい態様を理解するには必要がない。
【0019】
ある種の原子の核は「スピン」と呼ばれる特性を有する。この特性は、しばしば、磁石でできているコマと同様な現象として視覚化される。言い換えれば、スピンを有する原子の核は、角運動量と磁気モーメントも有する。このことを考察するために、例として水素原子の核(例えば、プロトン)が役立つ。
【0020】
ここで、図1a〜1dを参照すると、一定の磁場Cに配置したとき、磁気モーメント10及び角運動量12を有するプロトンは磁気トルクを受け、トルクにより、プロトンの磁気モーメント10は一定の磁場Cに対して平行に並ぶ。また、プロトンの磁気モーメントは、磁場に対して平行な軸(Z)に沿って歳差運動する。
【0021】
次いで、一定磁場Cに対して垂直であって、且つプロトンの歳差運動速度と同じ周波数(すなわち、ラーモア周波数)で振動する、交流磁場A(例えば、RF磁場)にプロトンを暴露すると、プロトンの磁気モーメント10は、一定磁場に対して平行な方向(すなわち、Z軸)から傾く。プロトンの磁気モーメントは、拡大する円錐のように、より大きな角度14で歳差運動し始める。
【0022】
交流磁場Aを連続印加することにより、磁気モーメント10の遠位末端は、X−Y平面に達するまで下方にドライブされる。図3cに示すような、プロトンの磁気モーメント10を下方へX−Y平面までドライブするのに充分に持続するラーモア周波数の交流磁場Aのパルスは、90度パルスと呼ばれている。この位置において、磁気モーメント10は、近くに配置されている電気導体16を横切ることにより、その電気導体16中で流れる電磁ポテンシャル又は電流を誘導することができる掃引磁場を創り出しながら、円周路で回転する。NMR分光法のための基礎を形成するそのような電流は検出することができる。交流電流Aが除かれると、プロトンの磁気モーメント10は「緩和」(崩壊とも言われる)し、最後には、その元の位置に戻る。磁気モーメントの再配向及び再配置は共鳴と呼ばれる。
【0023】
NMRの分析能は、(1)共鳴周波数、及び(2)ほとんどの核の緩和時間の両方が、核の分子環境又は近くの化学結合に依存して、極めてわずかにであるが、測定可能な程度で変化するという現象から得られる。言い換えれば、特定の核のNMR応答は、周囲の原子と、その原子間の結合のタイプとによって影響される。例えば、上記したように、液体の核(すなわち、水中の水素プロトン)は、固体の核に比べて共鳴が異なる。適当な装置を用いると、NMRは、2種類の化学官能基及び3種類以上の化学官能基でも区別できる。メチル基中のプロトンは、エチル基中のプロトンに比べて共鳴が異なり、すなわち異なる化学シフトを有する。
【0024】
本発明は、マイクロ波手法とNMR現象の両方を用いて、サンプルの含水量並びに、脂肪及び油含量を測定する。特に、本発明は、サンプルの脂肪及び油含量の正確なNMR測定を妨げると考えられる量で水分(すなわち、水中の水素プロトン)も含有するサンプルの脂肪及び油含量を測定するのに有用である。一の態様では、本発明は、サンプルの水分並びに、脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定する装置を含む。広い意味では、本発明は、サンプルを乾燥させるための装置、サンプルを保持するための担体又はパッド、及びサンプルのNMR分析を行うためのNMR分析器を含む。更に詳しい意味では、図2を参照して、本発明に従った装置は、サンプル22を乾燥させるためのマイクロ波線源20と、サンプル22及びサンプルパッド26を受容するための、マイクロ波線源20からのマイクロ波が伝わるようになっているキャビティ24とを含む。マイクロ波発生器20及びキャビティ24は一緒になって、ひとまとめに30で示されるマイクロ波装置を形成する。また、その装置は、乾燥前、乾燥中及び乾燥後にサンプル22を計量するためのキャビティ24に、少なくとも天秤の皿を有する天秤28も含む。
【0025】
本発明のNMR分析は、化学シフト法又はパルスと緩和の手法を用いて実行できると理解される。前者の手法では、化学シフトスペクトルが得られ、後者の手法では、信号強度対時間のプロットが得られる。いずれか一方又は両方を簡便に説明するために、本明細書では「NMR応答」という用語を用いる。また、性能が更に向上している磁石が、NMR装置及び他の用途のために開発されていることも理解される。従って、そのようなより良い磁石により、本発明の方法及び装置において、性能を含む両方のタイプのNMR装置の性能は有意に向上する(又は、NMR装置の大きさを縮小させる、若しくは性能の向上と大きさの縮小の両方)ことが期待される。
【0026】
適当なマイクロ波装置30としては、SMART SYSTEM 5(商標)のようなノースカロライナ州マシューズにあるCEM Corporation によって製造されているいくつかのマイクロ波装置のいずれかが挙げられる。しかしながら、そのような装置は、本発明に従って用いることができる装置の一例であって、限定するものではないことが理解される。好ましくは、マイクロ波装置30は、マイクロ波放射に暴露されるときにサンプルの温度をモニターするためのセンサー34を備えている。適切な技術及び装置は、その内容全体を参照により本明細書中に援用する"Method and Apparatus for Measuring Volatile Content" という米国特許第6,227,041号に記載されている。好ましくは、センサー34は、マイクロ波源の電力出力を調節して乾燥プロセスの間の温度を一定温度に維持することができる共鳴インバーター32のような制御装置に接続される。そのような能力を有する装置は、米国特許第6,084,226号及び1999年6月30日に出願された米国特許出願第09/343,349号(米国特許第 号)に記載されており、前記の特許及び出願は、"Continuously Variable Power for Microwave Assisted Chemistry" という名称で、この出願と共にノースカロライナ州マシューズにあるCEM Corporationに通常に譲渡されており、また、参照によりその内容全体は本明細書中に援用される。
【0027】
NMR装置は、好ましくは、パルスNMR装置である;すなわち、化学シフト(共鳴)ではなくRFパルス後のプロトンの緩和時間を測定してから、信号強度対時間のプロットを提供する装置。パルスNMRの詳細な理論及び操作、並びにフーリエ変換を用いて関連する情報を有用な形態で提示することは、当業において充分に理解されているので、本明細書では、それらの基礎となっていて良く理解されている概念及び実行に関してではなく、本発明に関して考察することとなる。しかしながら、適切なパルスNMR装置は、限定されないが、英国オックスフォードにあるOxford Industries plcを含む多くの販売元から入手可能である。
【0028】
本明細書中で使用する「プロトンの緩和時間を同定する」という用語は、限定されないが、フーリエ変換を用いて信号強度対緩和時間のプロットを作成し、それによって脂肪及び油に関する所望の情報を提供することを含む、このようなデータのあらゆる適切な解釈をも意味していることが理解される。
【0029】
本発明に従った装置で用いられるサンプルパッド26は、特許請求の範囲に記載されるNMR分析法において用いるために具体的に設計される。上記したように、NMR分析を用いる脂肪及び油の測定のための現在の方法は、融解の間の流出によりある割合の脂肪及び油が失われてしまうので、信頼性の高い測定値が得られない傾向がある。特許請求の範囲に記載される発明は、マイクロ波乾燥装置からNMR分析器へと直接移すことができ且つNMR分析用のサンプル全体を保護するサンプルパッドを取り入れることによって、この不確かさを排除又は低減する。
【0030】
サンプルパッド26は、マイクロ波放射線に対して実質的に透過性であって、且つ、サンプル中の脂肪及び油に存在しているプロトンのNMR応答を妨害するか又は隠蔽すると考えられる原子を含まない。本明細書を通じて使用する「脂肪及び油に存在しているプロトンのNMR応答を妨害するか又は隠蔽すると考えられる原子を含まない」という特徴付けは、NMR測定を妨害し得ると考えられる原子がサンプルパッド中に全くないことを意味していると理解すべきである。この特徴付けは、製品が、この場合はサンプルパッドが、前記原子を、NMR分析に関する効果が統計的に有意でない程度に少量含有することを意味している。好ましくは、パッドは、低質量、多孔性、親水性及び親油性である。パッドが親水性であると共に多孔性であることにより、サンプルを乾燥させる前に流出し得る元のサンプル中に存在しているいかなる液体でも保持されるので、元のサンプルについて正確な重量測定が可能となる。パッドが親油性であると共に多孔性であることにより、サンプルの乾燥中に融解された脂肪又は油がサンプルパッド中に確実に保持されるので、サンプルの乾燥後に正確に重量測定することができる。また、サンプルパッドは、NMR分析器の分析室中に挿入するのに充分な大きさで且つ柔軟でなければならない。サンプルパッドを作製するために用いる適当な材料としては、石英ファイバー又はガラスファイバーが挙げられ、マイクロ波手法における前記材料の使用は、例えば、本明細書と共に通常に譲渡され且つ山椒によりその内容全体を本明細書中に援用する米国特許第5,378,878号に同様に記載されている。
【0031】
また、本発明に従った装置は、好ましくは、油、融解脂肪、及び他の液体に関して無孔性であって、且つサンプル中の脂肪及び油に存在するプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まないシート材料も含む。この材料は、NMR分析中サンプル及びサンプルパッドを包む。シート材料は、NMR分析の間サンプルの一体性を保つのに役立つ。ポリテトラフルオロエチレンポリマー(PTFE)、テフロン、又は上記特徴を有する他の同様な材料は、シート材料として用いるのに適している。PTFEシートは、例えば、 カリフォルニア州サンディエゴにあるRideout Plastics Company,Inc.から"e-com plastics"という商標で市販されている。
【0032】
本発明に従った装置は、元のサンプルの水分及び脂肪の含量を定量的に評価するためのNMR分析器36及びプロセッサー38も含む。更に、多くの食品に関して、サンプルの残りの部分(すなわち、水、油又は脂肪以外の部分)は、殆ど完全にタンパク質(肉、魚、乳製品)又は完全に炭水化物(果実及び野菜)であることが知られている。従って、初期サンプルの測定重量を含水量及び脂肪及び油含量の結果を組合せて用いると、元のサンプルに存在しているタンパク質又は炭水化物の絶対量及び割合量を決定できる。
【0033】
本発明のプロセッサーは、重量損失に基づいて含水量を計算でき、元の重量に基づいて脂肪及び油含量を計算でき、NMR分析器によって測定される脂肪及び油の量を計算できる任意の適当な装置であることができる。従って、プロセッサー38は、好ましくは、マイクロ波装置30とNMRプロセッサー38の両方からデータを集め、そのデータを用いて、サンプルの含水量並びに脂肪及び油含量を計算する。殆どの目的にとって、パーソナルコンピュータと同じ又は同様なプロセッサーは、適当なソフトウェアと組合せたときに極めて申し分なく動作する。適当なプロセッサーとしては、Intelから市販されているPENTIUM(登録商標)クラスのプロセッサー(例えば、Pentium, Pentium II,及び Pentium III) 及びAMDから市販されているCELERON(登録商標)クラスが挙げられるが、これらに限定されない。所望の結果を計算するために用いられる前記のプロセッサー、及びソフトウェアのタイプは、当技術分野において充分に理解されており、広範に市販されているので、本明細書では詳しく説明しない。
【0034】
上記したように、本発明に従った装置で用いられるNMR分析器は、所望の範疇のサンプル中に存在する脂肪及び油を測定できる、NMRベンダーから市販されているNMR分析器のいくつものタイプのうちのいずれかであることができる。
【0035】
本発明に従った装置は、好ましくは、装置の部材が、互いに近接して配置されていて、乾燥装置からNMR分析器へとサンプルを移すのに要する時間が短縮されるように適応されている。移動時間が短縮されると、マイクロ波装置30とNMR分析器36との間にあるサンプルを移動しているときに起こり得るサンプルにおける熱損失も最少になる。本方法のこの側面は、以下で更に説明する。
【0036】
本発明の更なる態様は、サンプルの脂肪及び油含量に関するNMR測定を妨害すると考えられる量で水分も含むサンプルの脂肪及び油含量を迅速且つ正確に測定する方法を包含する。本発明のこの態様は、サンプルを計量する工程、マイクロ波周波数の電磁放射線にサンプルを暴露することによってサンプルを乾燥させる工程、NMR分析器へとサンプル全体を移す工程、サンプルのNMR応答を測定して、脂肪及び油と関連のある特徴を同定する工程、及び既知の脂肪及び油含量を有する同様なサンプルからのNMRデータと、該サンプルのNMR応答を比較して、サンプル中に存在する脂肪及び油含量を測定する工程を含む。
【0037】
乾燥させる前にサンプルを計量することは、サンプルの含量を最終決定するのに必要である。初期重量を測定していないと、個々の成分の重量割合を測定するのは困難である。好ましくは、サンプル22は、既知の重量を有するサンプルパッド26上に配置して計量する。サンプルパッド26は、好ましくは、既に上で説明したタイプのものである。サンプル及びサンプルパッドは、乾燥工程前に、独立した天秤で計量することができる。好ましくは、サンプル及びサンプルパッドは、マイクロ波装置30の一部分であるキャビティ24の中にある天秤28上に配置する。最も典型的には、天秤の皿のみがキャビティ中へと延びている。天秤は、好ましくは、サンプル及びサンプルパッドの重量を電子的に記録できるプロセッサーに対して(入出力通信できるように)接続する。キャビティ24内に天秤28を配置することによって、乾燥工程中の水分の流出によって起こる重量変化を連続してモニターすることもできる。最後に、キャビティ24の中に天秤28を配置すると、サンプルを妨害することなく最終乾燥後重量測定を得るための方法が提供されるので、プロセスの効率が増し、潜在的なデータ破壊の原因が排除される。乾燥工程中に観察され記録される重量変化は、元のサンプル中に存在する水分の量及び重量割合を計算するのに必要なデータを提供する。NMR応答は、通常、比率量又は割合量ではなく、脂肪及び油の総量を表しているので、この重量変化は、サンプル中に存在する脂肪及び油の重量割合を決定するのに必要なデータも提供する。
【0038】
当業者は、「乾燥」という用語は相対的な用語であると認識している。本明細書中で用いている「乾燥」又は「乾燥した」という用語は、サンプル中に存在する水分が、NMR分析によって測定される脂肪及び油スペクトルを隠蔽しない又は妨害しないレベルまで低下しているポイントを意味している。このレベルの「乾燥」は、当業者には容易に利用できる適当な統計的分析及び実験データを用いて、統計的に決定できる。
【0039】
サンプルの実際の乾燥は、マイクロ波周波数の電磁放射線にサンプル22及びサンプルパッド26を暴露することによって達成される。電磁スペクトルに精通している当業者は充分に理解しているように、「マイクロ波」という用語は、しばしば、約1000から500,000ミクロン(μ)の波長及び約1×109から5×1011ヘルツ(Hz)の対応周波数を有する放射線を一般的に意味している。しかしながら、これらは任意の境界であって、他の情報源では、約108Hzから1012Hzの周波数及び約300センチメートル(cm)から0.3ミリメートル(mm)の波長を有するマイクロ波を指している。米国での商業目的及び消費者目的のため、利用可能なマイクロ波周波数は、連邦通信委員会によって規制され、一般的には、一定の周波数、例えば2450メガヘルツ(MHz)に限定される。
【0040】
容器を外部から加熱して、中の試薬を加熱するいくつかの従来の加熱法とは対照的に、マイクロ波放射線は直接に試薬を加熱し、マイクロ波エネルギーによって影響を受けない例えば既に説明したサンプルパッドのような容器中で行うことができ、実際に望ましく行うことができる。従って、マイクロ波放射線は、化学的サンプルを極めて迅速に加熱する傾向があり、また、前記放射線が加減されない限り高温まで加熱する傾向がある。従って、本発明に従った方法は、好ましくは、サンプルを加熱するのに用いられるマイクロ波放射線を加減することによって、サンプルを適度に乾燥させる工程を含む。前記の事柄は、既に上で説明したように、その内容全体を本明細書に完全に引用したものとする上記の特許及び出願において説明されている技術及び装置を用いて、又は適当な情報及び調節を提供する任意の他の技術によって達成できる。マイクロ波放射線を加減又は調節することによって、乾燥プロセス中において、実質的に一定の温度にサンプルを保つことによって得られる利点も提供する。乾燥プロセス中に一定の温度を達成することによって、乾燥工程の温度に適合する又は厳密に適合する温度で好ましく行われるNMR分析を行うための目標設定が提供される。乾燥工程とNMR分析との間の温度が均一であることは、特に、同じ又は同様な材料から成る繰り返される又は連続のサンプルに関して、本方法の正確さを向上させることが、本発明にしたがって決定された。
【0041】
乾燥工程中、サンプル及びサンプルパッドは、好ましくは、サンプル中に存在する脂肪及び油の少なくとも一部分、好ましくは大部分、最も好ましくはすべてが完全に溶解するまで、加熱する。脂肪及び油を溶解させることは、脂肪及び油のいくらかがサンプルから流出することを必ずしも意味していない。親油性サンプルパッドは、サンプルから流出する脂肪及び油を捕集又は吸収し、それによって、サンプル中の脂肪及び油含量が後のNMR分析のために保持され、且つそれによって、結果の正確さが増す。
【0042】
サンプルを充分に乾燥させ、脂肪及び油を溶かし、必要な重量測定を行った後、サンプルとサンプルパッド全体を、NMR分析器36へと迅速に移す。好ましい態様では、サンプル22及びサンプルパッド26は、NMR分析器中に配置する前にシート材料で包む。サンプル及びサンプルパッドをシート材料中に包むと、NMR分析器へと移すときに、サンプルの一体性を保持するのに役立つ。シート材料は、油、融解した脂肪、及び他の液体に対して多孔性であるべきであり、、またサンプルの脂肪及び油中に存在するプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子がその中に存在しているべきではない。上記したように、PTFEは、この目的に適する材料である。「包む」という用語は、特許請求の範囲に記載される発明を限定するものではなく、NMR分析に適する方法でサンプル及びサンプルパッド(従って、脂肪及び油の全て)を捕捉する任意の物理的技術を用いることができると理解される。
【0043】
サンプル及びサンプルパッドをシート材料で包んだら、そのサンプル及びサンプルパッドを、好ましくは乾燥工程と実質的に同じ温度において、NMR分析すると、サンプルの成分に関するNMR応答データが得られる。
【0044】
次に、サンプルのNMRデータを処理装置に入力し、NMR技術で既知の計算を用いて数学的に操作して、サンプル中の脂肪及び油の量を定量できる。別法として、サンプルのNMR応答を、既知の脂肪及び油含量を有するサンプルに関するNMRデータと比較して、サンプル中の脂肪及び油の量を決めても良い。比較法を用いるとき、本発明の方法は、既知の脂肪及び油含量を有するサンプルの複数のNMRスペクトルを発生させる工程を含むこともできる。比較スペクトルは、サンプルを分析した後に集めることもできるが、その場合、全分析を行うのに要する時間量が増す傾向がある。
【0045】
既知のサンプルから得られる既知のNMR応答データの使用は、品質管理又は他の同様な目的のために、同じ材料から成るサンプルを試験する分析に一般的に最も適する。言い換えれば、例として食品を用いると、特定の肉製品のサンプルは、予期されるプロフィール内に入る水分/脂肪/油/タンパク質含量を殆ど常に有する。結果として、マッチング目的又は比較目的のために必要とされる多くの既知のNMRデータのセット数は、まったく妥当であり、いくつかの場合では、むしろ少ない。
【0046】
なお更なる態様では、本発明は、NMR測定用のサンプルを含む。サンプルは、少なくともいくらかの脂肪及び油を含む有機部分を含む。有機部分を、マイクロ波放射線に対して実質的に透過性であって、且つサンプル中の脂肪及び油中に存在するプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まないサンプルパッド上に配置する。サンプル及びサンプルパッドは、サンプル中の脂肪及び油中に存在するプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まない、本発明のはじめに記載したシート材料中に包むことによって固定される。
【0047】
図3は、特許請求の範囲に記載される発明をその中に統合でき、且つ現在の製造プロセスを改良する1つの方式を説明している流れ図である。特に、図3は、ホットドッグ又はソーセージのような腸詰め肉製品の製造に関する。原料は、パレット、樽、ゴンドラ又は他の通常の手段を介してプロセスに提供される。原料中の計算された脂肪及び油含量を基準にして、製品の組成を調整して、脂肪及び油含量の割合を許容レベル内にすることができる。この情報は、原料供給者とも共有して、適当な原料を調製する場合において、将来の使用のために役立てることができる。更に、図3は、最終製品を、原料と同じ方法で試験できることも示している。
【0048】
図6及び図7は、食品サンプルのいくつものタイプのための較正曲線であって、それを用いて既知のサンプルに対してNMR分析器を較正する。
較正の後、較正された装置を用いて各サンプルを分析すると、以下の結果が得られた:
アイスクリーム:
これらの結果から、本発明にしたがって測定されたこれらのサンプルの脂肪含量は、これらのサンプルの実際の脂肪含量と殆ど完全に相関していることが分かる。
【0049】
適当な配合物を調製した後、最終製品(例えば、ホットドッグ)を試験して、脂肪及び油含量が許容可能レベル内にとどまっていることを確認する。特許請求の範囲に記載される発明により、複数のサンプルの迅速分析が可能となるので、製造プロセスを最大効率で運転できる。
【0050】
本発明の方法は、サンプルを計量する工程から始まるので、脂肪、油、及び水分の割合を迅速且つ直接に計算できる。
【0051】
図4及び図5は、本発明に従った装置のそれぞれ前部及び後部の斜視図である。図4では、マイクロ波装置は全体に番号40で示してあり、またNMR分析器は全体に番号50で示してある。マイクロ波装置40は、適当なキャビティ、マイクロ波線源、及び天秤を含む任意の適当な装置であることができるが、好ましい態様では、参照によりその内容全体を本明細書中に援用する1999年9月17日に出願された同時係属中で通常譲渡された"Microwave Volatiles Analyzer and High Efficiency Cavity" という出願番号第09/398,129号(WO 01/20312)で開示され説明されている装置である。装置40は、分析器40のカバー部分41の下にあるマイクロ波キャビティ(図示されていない)を含む。マイクロ波源は、好ましくは、マグネトロン又は共鳴インバーターである。マイクロ波装置40は、更に天秤も含んでいて、それは、図4に示してある下部ハウジング42の中に含まれている。また、図4には、本明細書のはじめに説明した操作パッド43及びディスプレイ44も図示してある。図4に示してあるマイクロ波装置40は、紙並びにディスプレイ44に結果を出力するスモールテーププリンター45も含む。
【0052】
はじめに記したように、NMR装置50は、好ましくは、英国オックスフォードにあるOxford Industries plcから市販されている装置である。NMR装置50は、それぞれ上部51及び52から形成されているハウジングを含む。適当なサンプルホルダー53は、その中にサンプルを保持するために上ハウジング51に配置される。このタイプのNMR装置の詳細な操作法は既知であり、本明細書では詳細に説明しないが、装置50は、静磁場を生成する磁石、ならびにプロトンを束縛し、次に上記方法でプロトンの緩和時間を測定するRF場を提供する振動電磁場源を含む。
【0053】
図5は、装置40及び50それぞれの後部を図示している。図5は、マイクロ波装置40が、適当なファン54、電源スイッチ55、及び装置40のプロセッサーによって生成されるデータ以上のものが望まれる又は必要とされる場合には、他の適当な装置と、典型的には得られたデータに基づいて更なる計算を行うことができるPC又はマッキントッシュベースのコンピュータと装置40を接続するための各出力ポート56、57及び60を含むことを図示している。
【0054】
別の側面では、本発明は、NMRサンプル用の包装材料を含む。図8は、サンプル中に存在するプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まないシート材料から作られる包装材料62を図示している。本発明の方法はマイクロ波法でサンプルを乾燥させるので、またサンプルは、マイクロ波装置において2つのサンプルパッド(例えば、図の8パッド63)の間に典型的に配置されるので、シート62は、食品サンプル59、又は食品サンプルとパッド63の両方を完全に包むのに充分に大きい面積を有するが、シート62が、サンプルの周囲に、好ましくはサンプルとサンプルパッド両方の周囲に巻かれる場合に、NMR分析器のサンプル場部分内に適合させるのに充分に小さい。好ましくは、図9の64で概略示されている包まれたパッド及びサンプルパッドは、NMR分析器50(図4及び図5)の中に配置される前に、折り畳まれて、適当なホルダー65(図10)の中に配置される。ホルダー65は、典型的には、形状は円筒形であり、同様に、サンプルのNMR応答を隠蔽又は妨害しない材料から作られる。NMR使用に適する材料は、当業者には既知であり、過度に実験を行わずとも、所望の又は必要な材料を選択できる。
【0055】
シート62は、好ましくはフルオロカーボン材料、最も典型的にはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から作られる。好ましくは、シート62は、包むのに用いられるパッドに比べていくぶん大きいが、通常は、約2.5倍以下の面積である。典型的なマイクロ波サンプルパッドは、通常は数インチの長さ及び幅(例えば、4×5インチ;10.2×12.7cm)を有するので、シート材料62は好ましくはわずかに大きい。
【0056】
閲覧者が過度の実験を行わずとも本発明を実施できるように、本発明を一定の好ましい態様に関して詳細に説明してきた。しかしながら、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱せずに、ある程度まで、成分及びパラメーターの多くを変えるか又は改良できることは容易に認識される。更に、タイトル又は見出しなどを提供して、この文書に関する閲覧者の理解を高めているが、それらによって、本発明の範囲が限定されると考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1a〜図1bは、NMR放射を生成する核磁気モーメントの動きに関する連続概略図である。
【図2】 図2は、本発明に従った装置の概略図である。
【図3】 図3は、本発明の一の実行を示している流れ図である。
【図4】 図4は、本発明に従った装置の一の態様に関する斜視図である。
【図5】 図5は、本発明に従った装置の一の態様に関する斜視図である。
【図6】 図6は、本発明に従った較正曲線である。
【図7】 図7は、本発明に従った較正曲線である。
【図8】 図8は、本発明の方法及び装置の別の側面を示す斜視図である。
【図9】 図9は、本発明の方法及び装置の別の側面を示す斜視図である。
【図10】 図10は、本発明の方法及び装置の別の側面を示す斜視図である。[0001]
Field of Invention
The present invention relates to chemical analysis using microwave assisted nuclear magnetic resonance (NMR). Specifically, the present invention relates to measuring the moisture content and fat and oil content of a sample using NMR and microwave radiation.
[0002]
Background of the Invention
The present invention relates to the chemical analysis of foods or other materials where it is convenient to know the moisture and fat (and oil) content of the material. For example, in the commercial production of processed foods such as hot dogs and cheeses, it is necessary to strictly control the fat and oil content. Changes in fat and oil content during the manufacturing process can be detrimental to product quality and adversely affect production economy. From a more aggressive perspective, the fat content of the sample also provides useful information about the food such as texture, heat resistance, mouthfeel, and flavor release. In addition, many food products are subject to various legal and regulatory labeling and content requirements regarding the fats and oils they contain. Information about fat and oil content is often useful or necessary to manage various food processing techniques.
[0003]
There is little chemical difference between fats and oils, the main difference being that fats are solid at room temperature and oils are liquid, which is known to those skilled in the art. Accordingly, the terms “fat” and “oil” can be used interchangeably herein.
[0004]
Conventional methods for measuring the moisture and fat content of foods include extensive drying and solvent-based chemical extraction. These conventional methods are time consuming. Due to the time lag inherent in the most widely used test methods, the manufacturing process cannot be operated with optimum efficiency. Furthermore, many methods are expensive, often dangerous and require solvents that pose disposal problems. Scientists have therefore sought alternative means for measuring the content of fat and oil in a sample.
[0005]
Scientists in the late 1960s proposed using NMR as an alternative means of measuring the fat and oil content of food. NMR analysis is essentially a spectroscopic method that measures the phenomenon that occurs when the nuclei of certain atoms are placed in a static magnetic field and then exposed to a second oscillating electromagnetic field. Simply put, during NMR analysis, a substance is placed in an electric field that affects the “spin” of the nucleus of certain isotopes of the element. The nuclei are oriented in a specific direction in response to the magnetic field. When a second radio frequency (RF) magnetic field (eg, radio waves) is passed through the nucleus, when the RF field reaches a particular frequency, protons in the nucleus reorient or “flip”. When the RF field disappears, the nucleus “flips” back, releasing energy that provides data on the molecular structure of the material. This reciprocal orientation of the nucleus is known as resonance.
[0006]
NMR resonances occur at different frequencies for different materials. In liquid, the frequency band for NMR resonance is relatively narrow. In the solid state, the frequency band is wide. This difference in NMR resonance makes it possible to distinguish between protons in the solid component and protons in the liquid component of the sample. In this manner, the ratio of liquid and solid in the sample can be determined.
[0007]
In another type of NMR, referred to as “pulsed” NMR, the sample is exposed to a pulse of radio frequency (RF) energy that magnetizes (flips) the proton nuclear magnetic moment present in the sample. After the pulse, the proton returns to its initial state (relaxation), but returns over a characteristic time (relaxation time) that reflects the chemical environment of the proton, ie the composition of the sample. Representative (but not limited to) considerations regarding pulsed NMR are described in published British patent application GB2261072A.
[0008]
Furthermore, under appropriate circumstances, NMR can distinguish not only liquids and solids, but also chemical compounds. Theoretically, in a theoretical environment, all protons should resonate at the same frequency or relax at the same time. However, because the surrounding electrons shield the magnetic field acting on a given proton, depending on the electron density around the proton, each proton will resonate at a slightly different frequency or at a different time. To relax. As a result, different compounds (and different functional groups in the compounds) have different resonance frequencies and different relaxation times. These differences are typically expressed as peaks drawn in the spectrum plotting the resonance frequency or relaxation time, depending on the type of NMR used.
[0009]
As noted above, NMR is a promising alternative to solvent extraction for quantitatively measuring sample components. However, it has proven difficult to use NMR efficiently for such purposes. This difficulty is particularly noticeable when measuring the fat and oil content of food samples.
[0010]
For example, NMR resonances occur in a narrow band for liquids, and liquids are easily distinguished from solids using this narrow region of NMR resonances. Conventional fat and oil analysis takes advantage of this by dissolving all fat and oil in the sample prior to NMR analysis. Food samples typically must be completely dried prior to NMR analysis because many foods have relatively high water content, and high water content usually makes NMR analysis impossible. .
[0011]
After drying the sample, the sample is usually heated until all the fat and oil present in the sample has melted and the remaining liquid in the sample is considered to be only fat. Melting fats and oils also means that some of the fats and oils spill out of the sample. As a result, when the sample is removed from the oven and prepared for NMR analysis, the sample no longer contains the same amount of fat and oil that the original sample contained. A further disadvantage is that if the drying of the sample is accelerated using an aggressive heating technique such as a very hot convection oven or a conventional microwave oven, the chemical structure of the sample will change (eg, cook meat) NMR results can change, reducing the accuracy of the analysis, or even increasing the inaccuracy.
[0012]
One method that has been proposed to prevent problems associated with conventional drying techniques is to chemically remove water from the sample prior to performing the NMR analysis. British patent application GB 2,261,072 proposes to chemically remove water from a sample by adding a desiccant such as calcium carbide or calcium oxide. However, the addition of these desiccants must be based on the expected water content. Therefore, erroneous operation is inevitable when adding a desiccant. Such mishandling affects the weight of the sample, possibly resulting in inaccurate results of NMR analysis for fat and oil content (if moisture remains in the sample).
[0013]
Simply put, current methods for measuring fat and oil content have a high degree of statistical uncertainty or are not suitable for continuous manufacturing processes. Accordingly, a need exists for a method and apparatus for measuring the fat and oil content of a sample that does not have the inaccuracies inherent in known methods. Perhaps this new method and apparatus provides a more efficient overall manufacturing process by quickly and accurately measuring the fat content of a sample.
[0014]
Object and summary of the invention
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for quickly and accurately determining the moisture content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurements of fat and oil content, as well as fat and oil content. Is the purpose.
[0015]
The present invention achieves the above objects by a method for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurement of fat and oil content. The method of the invention involves weighing a sample and drying the sample by exposing it to electromagnetic radiation at microwave frequencies. After the sample is completely dried with the pad supporting the sample, the sample is transferred to the NMR analyzer. The NMR analyzer identifies the proton response in samples associated with fat and oil. The NMR response of the sample is compared to the NMR response of a similar sample with a known fat and oil content. By correlating this comparison with analysis of weight data collected before, during and after the drying process, a quantitative measurement of fat and oil content in the sample is achieved.
[0016]
The present invention also achieves the above object using an apparatus for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurement of fat and oil content. The device according to the invention comprises a sample pad for receiving a sample containing fat and oil and a microwave radiation source for drying the sample. The microwave source is adapted to transmit microwaves to a cavity for receiving a sample and a sample pad. A balance for weighing the sample and sample pad is present in the cavity, at least with the balance pan, before, during and after drying the sample. The apparatus further includes an NMR analyzer for measuring the NMR response of the components of the sample. In a preferred embodiment, the NMR analyzer and the microwave device are located sufficiently close to each other to prevent the sample from dropping significantly in temperature while transferring the sample from the microwave cavity to the NMR analyzer. .
[0017]
The above and other objects and advantages of the present invention, as well as the manner in which the same are accomplished, will become more apparent based on the specific description made in connection with the accompanying drawings in which:
[0018]
Specific explanation
The present invention is a method and apparatus for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurement of fat and oil content. To help understand the present invention, it is beneficial to briefly review the NMR background theory. In order to educate readers, we show the classic electromagnetic theory of NMR. However, one skilled in the art can appreciate that other theories of NMR such as quantum mechanics theory can be applied. However, a detailed discussion on these theories is not necessary to understand the preferred embodiments of the present invention.
[0019]
Certain atomic nuclei have a property called "spin". This characteristic is often visualized as a phenomenon similar to a coma made of magnets. In other words, the nucleus of an atom having a spin also has an angular momentum and a magnetic moment. To consider this, a nucleus of hydrogen atoms (eg protons) is useful as an example.
[0020]
Here, referring to FIGS. 1 a to 1 d, when arranged in a constant magnetic field C, protons having a
[0021]
The proton is then exposed to an alternating magnetic field A (eg, an RF magnetic field) that is perpendicular to the constant magnetic field C and oscillates at the same frequency as the proton precession rate (ie, the Larmor frequency). The
[0022]
By continuously applying an alternating magnetic field A, the distal end of the
[0023]
The analytical power of NMR is measurable, although both (1) the resonance frequency and (2) the relaxation time of most nuclei, depending on the molecular environment of the nucleus or nearby chemical bonds, are very slight. It is obtained from the phenomenon of changing with degree. In other words, the NMR response of a particular nucleus is affected by the surrounding atoms and the type of bond between the atoms. For example, as described above, liquid nuclei (ie, hydrogen protons in water) have different resonances than solid nuclei. Using a suitable apparatus, NMR can also distinguish between two types of chemical functional groups and three or more types of chemical functional groups. The protons in the methyl group have different resonances compared to the protons in the ethyl group, ie have a different chemical shift.
[0024]
The present invention uses both microwave techniques and NMR phenomena to measure the water content and fat and oil content of a sample. In particular, the present invention is useful for measuring the fat and oil content of samples that also contain moisture (ie, hydrogen protons in the water) in an amount that would interfere with accurate NMR measurements of the fat and oil content of the sample. . In one aspect, the invention includes an apparatus for quickly and accurately measuring the moisture and fat and oil content of a sample. In a broad sense, the present invention includes an apparatus for drying a sample, a carrier or pad for holding the sample, and an NMR analyzer for performing NMR analysis of the sample. In more detail, referring to FIG. 2, the apparatus according to the present invention comprises a
[0025]
It is understood that the NMR analysis of the present invention can be performed using chemical shift methods or pulse and relaxation techniques. In the former method, a chemical shift spectrum is obtained, and in the latter method, a plot of signal intensity versus time is obtained. To conveniently describe either or both, the term “NMR response” is used herein. It is also understood that magnets with further improved performance have been developed for NMR devices and other applications. Thus, such better magnets significantly improve the performance of both types of NMR devices, including performance (or reduce the size of the NMR device or improve performance) in the methods and apparatus of the present invention. And both size reduction) are expected.
[0026]
[0027]
The NMR device is preferably a pulsed NMR device; that is, an apparatus that measures the relaxation time of protons after an RF pulse rather than a chemical shift (resonance) and then provides a plot of signal intensity versus time. The detailed theory and operation of pulsed NMR and the presentation of relevant information in a useful form using Fourier transforms are well understood in the art and are therefore the basis for this specification. It will be discussed with respect to the present invention rather than with respect to concepts and practices well understood. However, suitable pulsed NMR instruments are available from a number of vendors including, but not limited to, Oxford Industries plc in Oxford, England.
[0028]
As used herein, the term “identify proton relaxation times” includes, but is not limited to, a Fourier transform used to create a plot of signal strength versus relaxation time, thereby providing the desired information about fat and oil. It is understood to mean any suitable interpretation of such data, including providing.
[0029]
The sample pad 26 used in the apparatus according to the present invention is specifically designed for use in the NMR analysis method described in the claims. As noted above, current methods for measuring fats and oils using NMR analysis provide a reliable measurement because a proportion of fat and oil is lost due to spillage during melting. There is no tendency. The claimed invention eliminates or reduces this uncertainty by incorporating a sample pad that can be transferred directly from the microwave dryer to the NMR analyzer and protects the entire sample for NMR analysis. To do.
[0030]
The sample pad 26 is substantially transparent to microwave radiation and does not contain atoms that are believed to interfere with or mask the NMR response of protons present in fats and oils in the sample. . As used throughout this specification, the characterization of “not containing atoms that are believed to interfere with or mask the NMR response of protons present in fats and oils” means that atoms that could interfere with NMR measurements are sampled. It should be understood as meaning nothing at all in the pad. This characterization means that the product, in this case the sample pad, contains such atoms in such a small amount that the effect on NMR analysis is not statistically significant. Preferably, the pad is low mass, porous, hydrophilic and lipophilic. Because the pad is hydrophilic and porous, it retains any liquid present in the original sample that can drain before the sample is dried, allowing accurate weight measurements on the original sample It becomes. Because the pad is oleophilic and porous, the melted fat or oil is reliably retained in the sample pad so that it can be accurately weighed after the sample is dried. The sample pad must also be large and flexible enough to be inserted into the NMR analyzer's analysis chamber. Suitable materials used to make the sample pad include quartz fiber or glass fiber, and the use of the material in the microwave technique is commonly assigned with this specification, for example, and the entire contents thereof by Yamagata. The same is described in US Pat. No. 5,378,878, incorporated herein by reference.
[0031]
Also, the device according to the present invention is preferably nonporous with respect to oils, melted fats, and other liquids and is believed to interfere with or mask the NMR response of protons present in the fats and oils in the sample. Also included are sheet materials that do not contain the atoms that are produced. This material wraps the sample and sample pad during NMR analysis. The sheet material helps to maintain the integrity of the sample during NMR analysis. Polytetrafluoroethylene polymer (PTFE), Teflon, or other similar materials having the above characteristics are suitable for use as the sheet material. PTFE sheets are available, for example, from Rideout Plastics Company, Inc., San Diego, California. Available under the trademark "e-com plastics".
[0032]
The apparatus according to the invention also includes an NMR analyzer 36 and a processor 38 for quantitatively evaluating the moisture and fat content of the original sample. In addition, for many foods, the rest of the sample (ie, other than water, oil or fat) is almost completely protein (meat, fish, dairy) or completely carbohydrate (fruit and vegetables). It has been known. Thus, using the measured weight of the initial sample in combination with the moisture content and fat and oil content results, the absolute amount and percentage of protein or carbohydrate present in the original sample can be determined.
[0033]
The processor of the present invention can calculate moisture content based on weight loss, can calculate fat and oil content based on the original weight, and can calculate any amount of fat and oil measured by the NMR analyzer. Can be a device. Accordingly, the processor 38 preferably collects data from both the
[0034]
As noted above, the NMR analyzers used in the apparatus according to the present invention are several types of NMR analyzers commercially available from NMR vendors that can measure fat and oil present in a desired category of samples. Can be either of them.
[0035]
The device according to the invention is preferably adapted so that the members of the device are arranged close to each other and the time required to transfer the sample from the drying device to the NMR analyzer is reduced. . As the travel time is reduced, the heat loss in the sample that can occur when moving the sample between the
[0036]
A further aspect of the invention includes a method for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurements on the fat and oil content of the sample. This aspect of the invention includes measuring a sample, drying the sample by exposing the sample to microwave frequency electromagnetic radiation, transferring the entire sample to an NMR analyzer, measuring the NMR response of the sample. Identifying the characteristics associated with fat and oil and comparing the NMR response of the sample with NMR data from a similar sample having a known fat and oil content to determine the fat and Measuring the oil content.
[0037]
Weighing the sample before drying is necessary to finalize the content of the sample. If the initial weight is not measured, it is difficult to measure the weight ratio of the individual components. Preferably, the sample 22 is placed and weighed on a sample pad 26 having a known weight. The sample pad 26 is preferably of the type already described above. The sample and sample pad can be weighed on an independent balance before the drying process. Preferably, the sample and sample pad are placed on a balance 28 in a cavity 24 that is part of the
[0038]
Those skilled in the art recognize that the term “dry” is a relative term. As used herein, the term “dry” or “dry” means that the moisture present in the sample has been reduced to a level that does not mask or interfere with the fat and oil spectra measured by NMR analysis. Means a point. This level of “drying” can be determined statistically using appropriate statistical analysis and experimental data readily available to those skilled in the art.
[0039]
Actual drying of the sample is accomplished by exposing sample 22 and sample pad 26 to electromagnetic radiation at microwave frequencies. As those skilled in the electromagnetic spectrum are well aware, the term “microwave” often refers to wavelengths of about 1000 to 500,000 microns (μ) and about 1 × 10 9 To 5 × 10 11 Radiation having a corresponding frequency of Hertz (Hz) is generally meant. However, these are arbitrary boundaries, and for other sources, about 10 8 Hz to 10 12 It refers to a microwave having a frequency of Hz and a wavelength of about 300 centimeters (cm) to 0.3 millimeters (mm). For commercial and consumer purposes in the United States, the available microwave frequencies are regulated by the Federal Communications Commission and are generally limited to certain frequencies, such as 2450 megahertz (MHz).
[0040]
In contrast to some conventional heating methods in which the container is heated from the outside and the reagent in it, microwave radiation directly heats the reagent and is not affected by microwave energy, eg as already explained This can be done in a container such as a sample pad, and can actually be done as desired. Therefore, microwave radiation tends to heat chemical samples very quickly and also to high temperatures unless the radiation is moderated. Accordingly, the method according to the present invention preferably includes the step of moderately drying the sample by adjusting the microwave radiation used to heat the sample. The foregoing may be accomplished using the techniques and apparatus described in the above-mentioned patents and applications, the entire contents of which are hereby fully incorporated by reference, as described above, or appropriate information and Can be achieved by any other technique that provides accommodation. Adjusting or adjusting the microwave radiation also provides the benefits obtained by keeping the sample at a substantially constant temperature during the drying process. Achieving a constant temperature during the drying process provides a goal for performing NMR analysis that is preferably performed at a temperature that matches or closely matches the temperature of the drying process. It is determined according to the present invention that the temperature between the drying process and the NMR analysis is uniform, especially for repeated or continuous samples of the same or similar material, improving the accuracy of the method. It was done.
[0041]
During the drying process, the sample and sample pad are preferably heated until at least a portion, preferably most, most preferably all, of the fat and oil present in the sample are completely dissolved. Dissolving fat and oil does not necessarily mean that some of the fat and oil will escape from the sample. The lipophilic sample pad collects or absorbs fat and oil flowing out of the sample, so that the fat and oil content in the sample is retained for later NMR analysis, and thereby the accuracy of the results. Increase.
[0042]
After the sample is thoroughly dried, the fat and oil are dissolved, and the necessary weight measurements are taken, the sample and the entire sample pad are quickly transferred to the NMR analyzer 36. In a preferred embodiment, the sample 22 and sample pad 26 are wrapped with sheet material prior to placement in the NMR analyzer. Wrapping the sample and sample pad in sheet material helps to maintain sample integrity when transferred to the NMR analyzer. The sheet material should be porous to oils, melted fats, and other liquids, and atoms that may interfere with or mask the NMR response of protons present in the sample fats and oils. Should not be present in. As mentioned above, PTFE is a suitable material for this purpose. The term “wrapping” does not limit the claimed invention, but any physical technique that captures the sample and sample pad (and thus all of the fat and oil) in a manner suitable for NMR analysis. It is understood that can be used.
[0043]
Once the sample and sample pad have been wrapped with sheet material, the sample and sample pad are preferably subjected to NMR analysis, preferably at substantially the same temperature as the drying process, to obtain NMR response data for the components of the sample.
[0044]
The sample's NMR data can then be entered into a processor and mathematically manipulated using calculations known in the NMR technology to quantify the amount of fat and oil in the sample. Alternatively, the NMR response of the sample may be compared with NMR data for a sample having a known fat and oil content to determine the amount of fat and oil in the sample. When using a comparative method, the method of the present invention can also include generating multiple NMR spectra of a sample having a known fat and oil content. The comparative spectrum can also be collected after the sample has been analyzed, in which case it tends to increase the amount of time required to perform the full analysis.
[0045]
The use of known NMR response data obtained from known samples is generally most suitable for analysis testing samples of the same material for quality control or other similar purposes. In other words, using food as an example, a sample of a particular meat product will almost always have a moisture / fat / oil / protein content that falls within the expected profile. As a result, the number of many known NMR data sets required for matching or comparison purposes is quite reasonable, and in some cases rather small.
[0046]
In yet a further aspect, the present invention includes a sample for NMR measurement. The sample includes an organic portion that includes at least some fat and oil. The organic moiety is placed on a sample pad that is substantially transparent to microwave radiation and does not contain atoms that are believed to interfere with or mask the NMR response of protons present in the fat and oil in the sample. To do. The sample and sample pad are secured by wrapping in a sheet material as described at the beginning of the present invention that does not contain atoms that are believed to interfere or mask the NMR response of protons present in the fat and oil in the sample.
[0047]
FIG. 3 is a flow diagram illustrating one way in which the claimed invention can be integrated and which improves upon the current manufacturing process. In particular, FIG. 3 relates to the production of intestinal meat products such as hot dogs or sausages. Ingredients are provided to the process via pallets, barrels, gondola or other conventional means. Based on the calculated fat and oil content in the raw material, the composition of the product can be adjusted to bring the proportion of fat and oil content within acceptable levels. This information can also be shared with the raw material supplier and used for future use in preparing the appropriate raw material. Furthermore, FIG. 3 also shows that the final product can be tested in the same way as the raw material.
[0048]
6 and 7 are calibration curves for several types of food samples that are used to calibrate the NMR analyzer against known samples.
After calibration, each sample was analyzed using a calibrated instrument, yielding the following results:
ice cream:
From these results it can be seen that the fat content of these samples measured according to the present invention is almost completely correlated with the actual fat content of these samples.
[0049]
After preparing a suitable formulation, the final product (eg, hot dog) is tested to ensure that the fat and oil content remains within acceptable levels. The invention described in the claims enables rapid analysis of a plurality of samples, so that the manufacturing process can be operated with maximum efficiency.
[0050]
Since the method of the present invention begins with the step of weighing the sample, the proportions of fat, oil and moisture can be calculated quickly and directly.
[0051]
4 and 5 are perspective views of the front and rear, respectively, of the device according to the present invention. In FIG. 4, the microwave apparatus is generally designated by the numeral 40, and the NMR analyzer is generally designated by the numeral 50. The microwave device 40 can be any suitable device including a suitable cavity, microwave source, and balance, but in a preferred embodiment, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. It is an apparatus disclosed and described in application number 09 / 398,129 (WO 01/20312) entitled "Microwave Volatiles Analyzer and High Efficiency Cavity" filed on May 17 and commonly assigned. . The apparatus 40 includes a microwave cavity (not shown) that is under the cover portion 41 of the analyzer 40. The microwave source is preferably a magnetron or a resonant inverter. The microwave device 40 further includes a balance, which is contained in the
[0052]
As noted at the outset, the NMR apparatus 50 is preferably an apparatus commercially available from Oxford Industries plc, Oxford, England. The NMR apparatus 50 includes a housing formed from an upper portion 51 and 52, respectively. A suitable sample holder 53 is disposed on the upper housing 51 to hold the sample therein. Although the detailed operation of this type of NMR apparatus is known and will not be described in detail herein, the apparatus 50 binds a proton that generates a static magnetic field, as well as protons and then relaxes the protons in the manner described above. Includes an oscillating electromagnetic field source that provides an RF field to measure time.
[0053]
FIG. 5 illustrates the rear of each of the devices 40 and 50. FIG. 5 illustrates that the microwave device 40 can be combined with other suitable devices if more than the data generated by the appropriate fan 54, power switch 55, and processor of the device 40 is desired or required. Illustrated including each output port 56, 57 and 60 for connecting the device 40 to a PC or Macintosh based computer, which can typically perform further calculations based on the data obtained. .
[0054]
In another aspect, the invention includes packaging material for NMR samples. FIG. 8 illustrates a packaging material 62 made from a sheet material that does not contain atoms that are believed to interfere or mask the NMR response of protons present in the sample. Since the method of the present invention dries the sample in the microwave method, and because the sample is typically placed between two sample pads (eg, 8 pad 63 in the figure) in a microwave device, the sheet 62 is Having a sufficiently large area to completely enclose the food sample 59, or both the food sample and the pad 63, but the sheet 62 is wrapped around the sample, preferably around both the sample and the sample pad. Small enough to fit within the sample field portion of the NMR analyzer. Preferably, the wrapped pad and sample pad schematically shown at 64 in FIG. 9 are folded into a suitable holder 65 before being placed in the NMR analyzer 50 (FIGS. 4 and 5). (FIG. 10). The holder 65 is typically cylindrical in shape and is similarly made from a material that does not obscure or interfere with the NMR response of the sample. Materials suitable for NMR use are known to those skilled in the art and the desired or required material can be selected without undue experimentation.
[0055]
Sheet 62 is preferably made from a fluorocarbon material, most typically polytetrafluoroethylene (PTFE). Preferably, the sheet 62 is somewhat larger than the pad used to wrap, but is typically about 2.5 times or less in area. A typical microwave sample pad is typically a few inches long and wide (eg, 4 × 5 inches; 10.2 × 12.7cm The sheet material 62 is preferably slightly larger.
[0056]
The present invention has been described in detail with respect to certain preferred embodiments so that the viewer can practice the present invention without undue experimentation. However, one of ordinary skill in the art will readily recognize that many of the components and parameters can be varied or improved to some extent without departing from the scope and spirit of the invention. In addition, titles or headings are provided to enhance the viewer's understanding of this document, but they should not be considered to limit the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1a-1b are continuous schematics relating to the movement of nuclear magnetic moments producing NMR radiation.
FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a flow diagram illustrating one implementation of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of one embodiment of an apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of one embodiment of an apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a calibration curve according to the present invention.
FIG. 7 is a calibration curve according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of another aspect of the method and apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of another aspect of the method and apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing another aspect of the method and apparatus of the present invention.
Claims (17)
サンプルを、マイクロ波放射線に対して実質的に透過性であり、そしてサンプル中の脂肪及び油におけるプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まないサンプルパッド上に配置し;
サンプル及びサンプルパッドを計量し;
その後、該サンプル及びサンプルパッドをマイクロ波周波数の電磁放射線に暴露することによって、サンプル中の脂肪及び油の少なくとも一部が融解するのに十分な温度でサンプルを乾燥させ;
サンプル及びサンプルパッドを、サンプル中の脂肪及び油におけるプロトンのNMR応答を妨害又は隠蔽すると考えられる原子を含まないシート材料に包むことにより、サンプルパッド上のサンプル全体を、NMR分析器からのパルス 無線周波数に応答するサンプル中のプロトンの緩和時間を測定するプロトンパルスNMR分析器へ移し;
サンプルのパルスNMR応答を乾燥工程と実質的に同じ温度で測定し、脂肪及び油に関連するプロトンのパルスNMR応答を同定し;
サンプルのパルスNMR応答を、既知の脂肪及び油含量を有する類似サンプルの既知のパルスNMR応答と比較してサンプル中の脂肪及び油含量を測定し、サンプルの重量に基づいてサンプル中の脂肪及び油含量を計算する;
ことを含む前記方法。A method for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a sample that also contains moisture in an amount that would interfere with NMR measurement of fat and oil content:
Placing the sample on a sample pad that is substantially transparent to microwave radiation and does not contain atoms that are believed to interfere with or mask the NMR response of protons in fats and oils in the sample;
Weigh sample and sample pad ;
Then drying the sample at a temperature sufficient to melt at least a portion of the fat and oil in the sample by exposing the sample and sample pad to microwave frequency electromagnetic radiation;
The entire sample on the sample pad is pulsed from the NMR analyzer by wrapping the sample and sample pad in a sheet material that does not contain atoms that are thought to interfere with or mask the proton's NMR response in fats and oils in the sample. Transfer to a proton pulse NMR analyzer that measures the relaxation time of protons in the sample in response to frequency ;
Measuring the pulsed NMR response of the sample at substantially the same temperature as the drying step to identify the pulsed NMR response of protons associated with fats and oils;
Samples of the pulse NMR response, the fat and oil content in the sample was determined in comparison to known pulse NMR responses of similar samples of known fat and oil content, fats and oils in the sample based on the weight of the sample Calculate the content;
Said method comprising :
乾燥中の重量変化に基づいてサンプル中の水分の割合を計算する;
ことを更に含む、請求項1に記載の方法。Reweigh the sample and sample pad after the step of drying the sample; and
Calculating the percentage of moisture in the sample based on the weight change during drying;
Further comprising the method of claim 1 that.
マイクロ波放射線に対して実質的に透過性であり、そしてサンプル中の脂肪及び油におけるプロトンの化学シフトを妨害又は隠蔽すると考えられる化学シフトを与える原子を含まない、脂肪及び油を含有するサンプルを受容するための柔軟なサンプルパッド;
サンプルを乾燥させるためのマイクロ波放射線源;
前記マイクロ波放射線源からの放射線が伝わるようになっている、サンプル及びサンプルパッドを受容するためのキャビティ;
前記キャビティ中に少なくとも天秤の皿を有する、サンプル及びサンプルパッドを計量するための天秤;
サンプルとサンプルパッドを受容し、サンプル及びサンプルパッドのプロトンパルスNMR緩和を測定するためのプロトンパルスNMR分析器;そして
天秤とNMR分析器からデータを集め、サンプルパッド上のサンプルの水分含量、脂肪含量、及び油含量を計算するための、天秤及びNMR分析器と接続されたプロセッサー、を含む前記装置。An apparatus for quickly and accurately measuring the fat and oil content of a moisture-containing sample:
A sample containing fat and oil that is substantially permeable to microwave radiation and does not contain atoms that impart a chemical shift that would interfere with or mask the chemical shift of protons in the fat and oil in the sample. Flexible sample pad to accept;
A microwave radiation source to dry the sample;
A cavity for receiving a sample and a sample pad adapted to transmit radiation from said microwave radiation source;
A balance for weighing the sample and the sample pad, having at least a balance pan in the cavity;
A proton pulse NMR analyzer for receiving the sample and sample pad and measuring proton pulse NMR relaxation of the sample and sample pad ; and
Collect data from the balance and NMR analyzer, said device comprising a water content of a sample on the sample pad, fat content, and for calculating the oil content, the processor connected to the balance and NMR analyzer, the.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/603,487 | 2000-06-23 | ||
US09/603,487 US6548303B2 (en) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | Method and apparatus for rapid fat content determination |
PCT/US2001/019461 WO2002001186A1 (en) | 2000-06-23 | 2001-06-19 | Method and apparatus for rapid fat content determination |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004502165A JP2004502165A (en) | 2004-01-22 |
JP2004502165A5 JP2004502165A5 (en) | 2005-02-24 |
JP4837228B2 true JP4837228B2 (en) | 2011-12-14 |
Family
ID=24415647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002506072A Expired - Lifetime JP4837228B2 (en) | 2000-06-23 | 2001-06-19 | Method and apparatus for rapidly measuring fat content |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (5) | US6548303B2 (en) |
EP (2) | EP2015052B1 (en) |
JP (1) | JP4837228B2 (en) |
AT (1) | ATE417259T1 (en) |
AU (1) | AU2001268529A1 (en) |
CA (1) | CA2413659C (en) |
DE (1) | DE60136929D1 (en) |
WO (1) | WO2002001186A1 (en) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE237798T1 (en) * | 2000-05-18 | 2003-05-15 | Precisa Instr Ag | AUTOMATIC SAMPLE PREPARATION |
US7927212B2 (en) * | 2001-08-03 | 2011-04-19 | Igt | Player tracking communication mechanisms in a gaming machine |
US7771716B2 (en) * | 2001-12-07 | 2010-08-10 | Cytori Therapeutics, Inc. | Methods of using regenerative cells in the treatment of musculoskeletal disorders |
AU2002951784A0 (en) * | 2002-09-26 | 2002-10-17 | Callidan Instruments Pty Ltd | Moisture analyser |
WO2004052169A2 (en) * | 2002-09-27 | 2004-06-24 | The Trustees Of Dartmouth College | Imaging by magnetic resonance adsorption, elastography and tomography |
GB2400440B (en) * | 2003-02-13 | 2006-01-04 | Cohen Yosef | A method for measuring the energy content of food and/or beverages using nuclear magnetic resonance and a weighing device |
US7307248B2 (en) * | 2003-12-09 | 2007-12-11 | Cem Corporation | Method and apparatus for microwave assisted high throughput high pressure chemical synthesis |
US7494814B2 (en) * | 2004-07-13 | 2009-02-24 | Separation Technology, Inc. | Apparatus and method for obtaining rapid creamatocrit and caloric content values of milk |
DE102004050737B4 (en) * | 2004-10-19 | 2012-01-05 | Bruker Biospin Gmbh | Device for determining the fat or oil content of a sample |
JP2007326977A (en) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Nippon Oil Corp | A-type heavy oil |
US7581876B2 (en) * | 2006-07-15 | 2009-09-01 | Cem Corporation | Dual energy source loss-on-drying instrument |
JP5294230B2 (en) * | 2007-02-23 | 2013-09-18 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Identification and quantification method of marbling and non-invasive measuring apparatus of marbling |
US9921282B2 (en) | 2012-04-10 | 2018-03-20 | Cem Corporation | Method for determining fat or moisture content |
RU2506571C1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Method for measuring quality of oil products |
RU2506572C1 (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-10 | Федеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФБУН ГНЦ ПМБ) | Method to determine content of solid fat according to data of nmr-relaxation, direct method |
RU2506573C1 (en) * | 2012-08-16 | 2014-02-10 | Федеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФБУН ГНЦ ПМБ) | Method to determine content of solid fat according to data of nmr-relaxation |
CN103308543B (en) * | 2013-06-05 | 2014-04-16 | 浙江大学 | Quick measurement method for different forms of water in sludge |
CN103728197A (en) * | 2014-01-07 | 2014-04-16 | 江苏长乐纤维科技有限公司 | Method for detecting moisture content and oil content of fibers |
US9267877B2 (en) | 2014-03-12 | 2016-02-23 | Nxgen Partners Ip, Llc | System and method for making concentration measurements within a sample material using orbital angular momentum |
US9500586B2 (en) | 2014-07-24 | 2016-11-22 | Nxgen Partners Ip, Llc | System and method using OAM spectroscopy leveraging fractional orbital angular momentum as signature to detect materials |
US9575001B2 (en) * | 2014-07-24 | 2017-02-21 | Nxgen Partners Ip, Llc | System and method for detection of materials using orbital angular momentum signatures |
CN105758762A (en) * | 2016-03-19 | 2016-07-13 | 江阴市纤维检验所 | High-accuracy testing method of oil content of polyester staple fibers |
US11553817B2 (en) | 2016-12-08 | 2023-01-17 | Koninklijke Philips N.V. | Food processing apparatus, control device and operating method |
CN111380745B (en) * | 2018-12-29 | 2021-05-18 | 中国石油大学(北京) | Device and method for measuring decomposition rate of combustible ice |
WO2021037913A1 (en) | 2019-08-27 | 2021-03-04 | Nanonord A/S | A method of and a system for determining fat concentration in a flowable sample by nuclear magnetic resonance |
CN110470566A (en) * | 2019-09-02 | 2019-11-19 | 山东省食品药品检验研究院 | A kind of colla corii asini cake class product determination of fat method |
CN110927004A (en) * | 2019-11-21 | 2020-03-27 | 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 | Fat analyzer |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2261072A (en) * | 1991-10-11 | 1993-05-05 | Bruker Analytische Messtechnik | Nmr analysis of fat content in mixtures, using chemical drying |
WO2000016067A1 (en) * | 1998-09-17 | 2000-03-23 | Cem Corporation | Method and apparatus for measuring volatile content |
JP2003509690A (en) * | 1999-09-17 | 2003-03-11 | シーイーエム・コーポレーション | Microwave volatile analyzer with high efficiency cavity |
Family Cites Families (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI51134C (en) | 1970-01-28 | 1976-10-11 | Valio Meijerien | A method for analyzing a sample containing fat and water is the so-called NMR analyzer in the receiver. |
US3971434A (en) | 1973-12-03 | 1976-07-27 | Shell Oil Company | Apparatus and method for oil-in-wax determination |
US3966973A (en) | 1974-08-26 | 1976-06-29 | The Pillsbury Company | Process for determining and controlling the moisture of food products |
US4554132A (en) * | 1979-03-19 | 1985-11-19 | Cem Corporation | Analytical apparatus for determining volatiles, solids, and solvent extractables in a sample |
FR2480086A1 (en) * | 1980-04-11 | 1981-10-16 | Tecnal Sa | PROCESS AND PLANT FOR AUTOMATICALLY MEASURING AND ADJUSTING CONTINUOUSLY THE CONTENT OF WATER, FAT, NUTRIENT MILK MATTER (PROTEINS AND LACTOSE), SALT, BUTTER AND CHEESE CAIRES |
US4753889A (en) * | 1982-11-29 | 1988-06-28 | Cem Corporation | Analytical method for determining volatiles, solids and solvent extractables |
US4681996A (en) * | 1982-12-16 | 1987-07-21 | Cem Corporation | Analytical process in which materials to be analyzed are directly and indirectly heated and dried by microwave radiation |
US4651285A (en) * | 1984-05-02 | 1987-03-17 | Cem Corporation | Analytical apparatus and process |
US4566312A (en) * | 1984-05-02 | 1986-01-28 | Cem Corporation | Apparatus and process for automatically determining fat contents of foods |
US4785245A (en) | 1986-09-12 | 1988-11-15 | Engineering Measurement Company | Rapid pulse NMR cut meter |
US4717986A (en) * | 1986-10-14 | 1988-01-05 | Raymond L. Collins, Jr. | Ignitor probe having replaceable tips |
USH383H (en) * | 1987-05-15 | 1987-12-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Laminated magnet field coil sheath |
AU609603B2 (en) * | 1988-04-29 | 1991-05-02 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Microwave energy susceptible conformable laminate packaging materials |
US5066843A (en) * | 1989-01-18 | 1991-11-19 | Cem Corporation | Heat resistant and light weight container for materials to be ashed, and process for manufacture thereof |
DE4024161A1 (en) | 1989-08-11 | 1991-02-14 | Siemens Ag | PULSE SEQUENCE FOR QUICK DETERMINATION OF IMAGES OF FAT AND WATER DISTRIBUTION IN AN EXAMINATION OBJECT BY MEANS OF THE CORE MAGNETIC RESONANCE |
US5209903A (en) * | 1989-09-06 | 1993-05-11 | Toa Medical Electronics, Co., Ltd. | Synthetic apparatus for inspection of blood |
DE3937428A1 (en) | 1989-11-10 | 1991-05-16 | Philips Patentverwaltung | Nuclear spin tomography method for generating separated fat and water images and arrangement for carrying out the method |
US5328577A (en) * | 1989-12-27 | 1994-07-12 | Exxon Research & Engineering Co. | Upgrading of low value hydrocarbons using a hydrogen donor and microwave radiation |
GB9009476D0 (en) | 1990-04-27 | 1990-06-20 | Mansfield Peter | Sample mount for nmr microscopy |
PT97626A (en) * | 1990-05-11 | 1992-03-31 | Goodrich Co B F | PROCESS FOR IMPROVING THE THERMAL STABILITY OF POLYVINYL HALOGENETH POLYMER |
US5144235A (en) | 1990-08-10 | 1992-09-01 | General Electric Company | Method of decomposing nmr images by chemical species |
US5225781A (en) | 1990-08-10 | 1993-07-06 | General Electric Company | Robust decomposition of NMR images by chemical species |
AU644518B2 (en) * | 1991-04-29 | 1993-12-09 | Labsphere, Inc. | Integrating sphere for diffuse reflectance and transmittance measurements and the like |
US5289124A (en) * | 1991-09-20 | 1994-02-22 | Exxon Research And Engineering Company | Permeability determination from NMR relaxation measurements for fluids in porous media |
US5479009A (en) * | 1992-09-25 | 1995-12-26 | Labsphere, Inc. | Highly efficient collection optical systems for providing light detectors such as photodetectors and the like with hemispherical fields of view |
DK119092D0 (en) * | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Aarhus Oliefabrik As | SURFACE TREATMENT AGENT |
US5602477A (en) | 1995-02-06 | 1997-02-11 | The Regents Of The University Of California | Nuclear magnetic resonance freezing sensor |
US5909119A (en) | 1995-08-18 | 1999-06-01 | Toshiba America Mri, Inc. | Method and apparatus for providing separate fat and water MRI images in a single acquisition scan |
US5650332A (en) * | 1995-11-14 | 1997-07-22 | Coulter International Corp. | Method for the preparation of microscope slides |
US5665312A (en) * | 1995-11-14 | 1997-09-09 | Coulter International Corp. | Blood analysis system having blood storage, transport and automatic slide-making capabilities |
US6005389A (en) | 1996-03-15 | 1999-12-21 | Numar Corporation | Pulse sequences and interpretation techniques for NMR measurements |
US5770251A (en) | 1997-08-20 | 1998-06-23 | Lever Brothers Company, Division Of Conopco, Inc | Process for accurately controlling moisture or solids levels of compositions with small amounts of or no surfactant |
US6092924A (en) * | 1998-02-10 | 2000-07-25 | Denver Instrument Company | Microwave moisture analyzer: apparatus and method |
NO311111B1 (en) * | 1998-04-03 | 2001-10-08 | Geir H Soerland | Method for determining the amount of fat and water in a biological sample |
US6084226A (en) * | 1998-04-21 | 2000-07-04 | Cem Corporation | Use of continuously variable power in microwave assisted chemistry |
-
2000
- 2000-06-23 US US09/603,487 patent/US6548303B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-06-19 AT AT01946484T patent/ATE417259T1/en not_active IP Right Cessation
- 2001-06-19 AU AU2001268529A patent/AU2001268529A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-19 EP EP08168316.1A patent/EP2015052B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-19 CA CA002413659A patent/CA2413659C/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-19 WO PCT/US2001/019461 patent/WO2002001186A1/en active Search and Examination
- 2001-06-19 JP JP2002506072A patent/JP4837228B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-19 DE DE60136929T patent/DE60136929D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-19 EP EP01946484A patent/EP1295104B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-04 US US10/004,575 patent/US6787362B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-03-28 US US10/108,522 patent/US6548304B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-24 US US10/065,173 patent/US7125721B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2006
- 2006-07-14 US US11/486,678 patent/US8530239B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2261072A (en) * | 1991-10-11 | 1993-05-05 | Bruker Analytische Messtechnik | Nmr analysis of fat content in mixtures, using chemical drying |
WO2000016067A1 (en) * | 1998-09-17 | 2000-03-23 | Cem Corporation | Method and apparatus for measuring volatile content |
JP2003509690A (en) * | 1999-09-17 | 2003-03-11 | シーイーエム・コーポレーション | Microwave volatile analyzer with high efficiency cavity |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20030124728A1 (en) | 2003-07-03 |
EP1295104B1 (en) | 2008-12-10 |
US6787362B2 (en) | 2004-09-07 |
EP2015052A1 (en) | 2009-01-14 |
DE60136929D1 (en) | 2009-01-22 |
JP2004502165A (en) | 2004-01-22 |
EP1295104A1 (en) | 2003-03-26 |
US6548304B2 (en) | 2003-04-15 |
US20020146833A1 (en) | 2002-10-10 |
US8530239B2 (en) | 2013-09-10 |
WO2002001186A1 (en) | 2002-01-03 |
US20060263900A1 (en) | 2006-11-23 |
US6548303B2 (en) | 2003-04-15 |
US20020164806A1 (en) | 2002-11-07 |
US20020119575A1 (en) | 2002-08-29 |
CA2413659C (en) | 2007-08-14 |
CA2413659A1 (en) | 2002-01-03 |
AU2001268529A1 (en) | 2002-01-08 |
US7125721B2 (en) | 2006-10-24 |
ATE417259T1 (en) | 2008-12-15 |
EP2015052B1 (en) | 2016-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4837228B2 (en) | Method and apparatus for rapidly measuring fat content | |
US5291422A (en) | Broadband instrument for nondestructive measurement of material properties | |
Lv et al. | Online measurement of moisture content, moisture distribution, and state of water in corn kernels during microwave vacuum drying using novel smart NMR/MRI detection system | |
Khan et al. | Cellular water distribution, transport, and its investigation methods for plant-based food material | |
Nunes et al. | Dielectric study of milk for frequencies between 1 and 20 GHz | |
JP5925955B2 (en) | Method for preheating a sample and measuring fat or moisture content | |
JP2004502165A5 (en) | ||
US6147502A (en) | Method and apparatus for measuring butterfat and protein content using microwave absorption techniques | |
EP1297327B1 (en) | Microwave assisted content analyzer | |
Nelson et al. | Measuring frequency-and temperature-dependent dielectric properties of food materials | |
US7220591B2 (en) | Method and apparatus for rapid fat content determination | |
Joardder et al. | Bound water measurement techniques | |
Hills et al. | Motional relativity and industrial NMR sensors | |
CA2592182C (en) | Method and apparatus for rapid fat content determination | |
GOMI et al. | Effect of temperature and moisture content on water diffusion coefficients in rice starch/water mixtures | |
McManus et al. | The Rapid Determination of Fat and Moisture in Foods by Microwave Drying and NMR Analysis | |
Fayos Fernández et al. | A low-cost robust configuration for the temperature monitoring within the payload of any microwave oven with a rotating turntable | |
Chaves et al. | Development of a microcontrolled instrument to determinate thermal conductivity of foods | |
Pullman et al. | The measurement of the moisture content of cut tobacco by means of microwave absorption Part 2 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110322 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20110622 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20110629 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20110720 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20110727 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110810 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110830 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110928 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141007 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4837228 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |